肠道药物转运体对药物吸收的研究进展*

匡 健，黄 鑫，2，江振洲，3，张陆勇，2

中国药科大学1江苏省新药筛选重点实验室;2江苏省药效研究与评价服务中心;3药物质量与安全预警教育部重点实验室,南京 210009

肠道药物转运体对药物吸收的研究进展*

匡 健1，黄 鑫1，2，江振洲1，3，张陆勇1，2

中国药科大学1江苏省新药筛选重点实验室;2江苏省药效研究与评价服务中心;3药物质量与安全预警教育部重点实验室,南京 210009

药物与体内各种转运体的相互作用是药物体内药动学性质的决定性因素之一。本文从肠道转运体出发，介绍了它们在药物吸收过程中的作用，旨在利用肠道转运体的作用增加药物向组织器官的靶向分布；利用转运体的作用改变药物的消除途径，从而减轻其毒副作用；利用转运体的作用进行新药设计从而避免药物间有害相互作用的产生；最后通过构建转运体的高通量筛选系统模型，进行新化合物筛选和候选药物的药动学机制研究，为新药的开发和临床合理化给药提供新的策略和思路。

肠道转运体；药物吸收；药物设计

近年来，由于分子生物学和基因工程技术的广泛应用，药物转运体的研究取得了很大的进步。口服药物在肠道的吸收不仅是简单的被动转运，还通过肠道上皮细胞的药物转运体来实现。目前研究已揭示肠上皮细胞黏膜上丰富地表达着药物转运蛋白，它们在药物吸收过程中发挥着十分重要的作用。按其功能可以分为两大类（见表1）：第一类是具有外排作用，从而减小药物生物利用度的肠道外排转运体；第二类是具有摄取作用，从而促进药物吸收的转运体，即肠道摄取转运体。

本文分别对肠上皮细胞黏膜上与药物吸收有关的转运体的结构、功能及其在肠道药物吸收中的作用进行阐述。

1 肠道摄取性转运体

1.1 寡肽转运蛋白（oligopeptide transporter，PEPT）

目前，在人体肠道内发现的药物转运蛋白中，寡肽转运蛋白最受到关注，研究也最深入。它位于肠道上皮刷状缘膜[1]，是一种质子耦合的转运蛋白，由小肠上皮细胞刷状缘膜Na+/H+交换转运蛋白产生的、向细胞内的质子梯度差为二肽三肽的转运提供驱动力。寡肽转运蛋白对底物结构的高耐受性和底物识别的多专属性 （可识别广泛范围内的不同大小、疏水性和荷电的药物分子），对β-内酰胺（β-lactam）抗生素、血管紧张素转化酶抑制剂、肾素抑制剂（rennin inhibitor）、抗肿瘤药、凝血酶抑制剂和多巴胺受体（dopamine）拮抗剂的口服吸收起着重要作用。因此以寡肽转运蛋白为靶点来提高小分子寡肽和拟寡肽药物口服传递效率成为一种非常有前景的研究策略。通过将阿昔洛韦设计成伐昔洛韦，使其成为PEPT1的底物，显著提高了伐昔洛韦的口服生物利用度。Cao等[2]以PEPT1为靶点，通过丙二醇连接氨基酸/二肽双酯设计出齐墩果酸（OA）的前药以改善OA的口服生物利用度。有研究表明，PEPT1的表达受到富含蛋白或多肽的食物影响[3]，并且随着食物中蛋白和多肽类的含量的提高，PEPT1以及其mRNA的表达水平也随之提高。

1.2 葡萄糖转运蛋白

碳水化合物的最终消化产物经葡萄糖转运蛋白由小肠吸收。参与葡萄糖转运过程有两个不同的转运家族，即Na+依赖性续发性主动转运蛋白 （sodium dependent glucose active transporters，SGLTs）和非Na+依赖性易化扩散转运蛋白（sodi-um-independentglucose faciliatated transporters，GLUTs）。GLUT1/2/3/5、SGLT1/3/4/6均在肠道中有表达。通常，SGLTs一般位于肠道刷状缘侧，而GLUTs一般位于肠道基底侧膜。利用SGLT1的高转运能力、底物专属性和高亲和性，可将其作为靶点来提高药物生物利用度。如将槲皮素修饰成槲皮素-4’-β-葡萄糖苷，使它成为SGLT1的底物，从而促进槲皮素的口服吸收[4]。在治疗糖尿病时，可通过抑制葡萄糖转运蛋白的活性（如GLUT2和SGLT1）来控制糖的小肠吸收，从而降低血糖浓度。Shirosaki等[5]研究发现，给小鼠灌胃1000 mg· kg-1的桃叶水提取物可以显著降低餐后的血糖水平，并且其降血糖能力与 500 mg·kg-1根皮苷作用相当 （根皮苷是SGLT1的特异性抑制剂）。

1.3 一元羧酸转运蛋白

肠道上皮细胞存在特殊转运蛋白，即一元羧酸转运蛋白（monocarboxylate transporter，MCT），它参与了肠道中单羧酸类化合物的吸收。目前发现其共有18个家族成员（MCT1-18）[6]，MCT1转运蛋白基于其广泛的底物专属性，在促进营养物质吸收、调节细胞内pH、调节机体代谢平衡过程中扮演着重要角色。替米沙坦是MCT1的底物，替米沙坦与单羧酸类药物合用时可能会降低替米沙坦的降血压效果。中草药中的黄酮可以影响MCT1的活性，研究发现，四羟黄酮可以抑制MCT1的活性，从而降低γ-羟基丁酸盐的肠吸收[7]。此外，MCT1可能是治疗肿瘤理想靶点，因MCT1可通过转运乳酸调节肿瘤细胞内的pH值，从而使肿瘤细胞凋亡[8]。

表1 人肠道内分布的主要药物转运蛋白

1.4 有机阳离子转运蛋白

有机阳离子转运蛋白（organic cation transporters，OCTs）底物包括许多阳离子药物、外源性物质、一些维生素和各种内源性物质。最近，在人和动物的组织中发现了OCT家族的新成员OCTNs（organic cation/carnitine transporters）。因此，目前有机阳离子型转运蛋白族分为两大类，即 OCT1～3和OCTN1～3。临床上重要的阳离子药物如四乙胺，使用Oct1（-/ -）基因敲除的小鼠，静脉注射四乙胺后与野生型小鼠相比，肠吸收降低两倍，说明OCT1在小肠吸收分泌有机阳离子中起重要作用[9]。OCTN1和OCTN2在人小肠和Caco-2细胞中均有较高的表达水平，因此它们可能是有效传递口服阳离子药物的理想靶点[10]。

1.5 有机阴离子转运蛋白

有机阴离子转运蛋白可以分为两大类：有机阴离子转运蛋白（OATs）和有机阴离子转运多肽（OATPs）。OATs主要表达于肾脏，有机阴离子转运蛋白的底物专属性很广泛，其主要功能是作为一个排泄系统，促进许多内源性化合物、各种阴离子药物、外界物质以及其代谢产物从机体排泄出去。由于目前还未在小肠发现有OAT族转运蛋白的存在，尽管有机阴离子转运蛋白具有显著的外排功能，但是目前还不清楚OATs对阴离子药物经肠吸收的生理功能。相反，若干个OATP亚型在人小肠中表达[11-12]，比如OATP-B（2B1）、OATPD（3A1）、OATP-E（4A1）和 OATP1A2。甲氨蝶呤、非索非那定、地高辛、普伐他汀和非甾体类抗炎药（NSAIDs）是OATPs的底物[13-15]，因而这些药物的肠道吸收受阻。研究显示，食物对药物的吸收有影响，如果水果汁中的柚皮苷能使阿利克仑的AUC降低38%，使非索非那定摄取受到抑制，柚子汁和橘子汁能分别使非索非那定的AUC降低40%～70%[16]。近期Misaka等[17]发现，绿茶可以抑制OATP1A2对纳多洛尔的摄取，从而使其Cmax和AUC分别降低85．3%和85．0%。上述结果提示口服给药时应当注意食物对药物吸收的影响。

1.6 胆酸盐转运蛋白

由胆汁分泌到小肠的胆酸，促进了脂溶性维生素、胆固醇和脂肪的吸收。肠道的胆酸盐可经小肠进行有效的重吸收，以完成胆酸盐的肠肝循环。机体有两种胆酸转运蛋白，分别参与了胆酸的肝摄取和肠吸收。第一种负责肝摄取的为Na+依赖性牛磺胆酸共转运多肽 （sodium/taurocholic cotrans-porter，NTCP，SLC10A1），它位于肝细胞的基底侧膜。第二种为回肠的Na+依赖性胆酸盐转运蛋白 （ileal bile acid trans-porter，ISBT或 ASBT，SLC10A2）。Na+依赖性胆酸转运蛋白（ISBT）具有比较限制性的底物专属性，主要为生理胆酸盐及其结合物，包括牛磺胆酸盐、鹅去氧胆酸盐、胆酸盐、去氧胆酸盐、甘胆酸盐等。在回肠，ISBT定位于刷状缘膜上，可选择胆酸转运系统作为药靶以提高口服药物的生物利用度。此外，利用ISBT抑制剂可通过阻断肠道胆酸盐重吸收来降低体内胆酸盐的含量，进而促进胆固醇合成为胆酸盐，最终使血清中胆固醇的含量降低，例如抑制剂S-8921能降低正常生理条件下血清中胆固醇的含量[18]，这说明ISBT可作为降低胆固醇的药物治疗靶点。

1.7 氨基酸转运蛋白

必需氨基酸是合成蛋白质必需的原料，因为大部分氨基酸类化合物都是亲水性的，所以大部分氨基酸类化合物的跨膜转运需要氨基酸转运体（LAT）的帮助。肠道中的氨基酸转运蛋白有多种，转运蛋白系统IMINO、B、A、α和ASC为Na+依赖性，系统y+、asc、b和L为Na+非依赖性。LAT底物有L-甲基多巴、左旋多巴和巴氯芬等[19]。近几年利用氨基酸转运体底物从而提高类氨基酸药物吸收的研究不断出现。例如Majumdar等[20]把阿昔洛韦改成氨基酸转运体底物前药，从而可以通过转运蛋白系统B提高阿昔洛韦的生物利用度。另有研究表明，LAT1和神经胶质瘤、肺癌、实体肿瘤及多种癌症有关，通过抑制肿瘤细胞中LAT1的活性可阻止氨基酸的转运进而使肿瘤细胞生长或增殖的速度减慢。

2 肠道外排性转运体

2.1 P-糖蛋白（P-gp）

P-gp是ATP结合盒（ATP Binding Cassette，ABC）转运蛋白的超家族成员之一。它通过消耗能量将外源性毒物或代谢产物从细胞内外排到细胞外，从而降低细胞内药物浓度。在小肠中，P-gp主要分布于肠上皮细胞的刷状缘[21]，其底物主要是具有长碳链的阳离子药物。此外，P-gp具有广泛的底物、抑制剂和诱导剂的专属性，因此在联合用药过程中常会出现影响药物疗效的P-gp分子水平上的竞争性，或非竞争性药物的相互作用。当地高辛与P-gp抑制剂合用时，由于地高辛的外排被P-gp抑制剂抑制，可导致地高辛吸收增加，血药浓度增加50%～300%，极易导致地高辛中毒。近几年，新型的P-gp抑制剂不断出现，如新型抑制剂HM30181与紫杉醇合用时，可使紫杉醇的生物利用度大大提高[22]，显著地改善了其抗肿瘤作用。由于细胞膜的磷脂双分子结构，为了使药物更易透过细胞膜而提高生物利用度，通常将其设计为亲脂性强的药物。但是亲脂性是P-gp底物的特征之一，P-gp的外排作用反而使药物生物利用度减少。如纤维蛋白原受体拮抗剂L-767679，其胃肠道吸收差，将其修饰成亲脂性强的药物L-775318，但是其小肠吸收并未改善。后来的研究证实，L-775318是P-gp的底物[23]。因此在药物的设计中应注意P-gp底物特异性。

2.2 多药耐药相关蛋白（MRP）

从多柔比星耐药但未表达P-gp的人肺癌细胞株中分离出另一种导致多药耐药的蛋白，该蛋白就是多药耐药相关蛋白1（MRP1 multidrug-resistance-associated protein1），肠道中表达的MRPs主要为MRP1、MRP2、MRP3，在药物肠道处置过程中发挥重要作用。由于MRP1基本定位于细胞基底侧膜上，这表明MRP1可以通过将细胞内的底物外排到细胞外，降低了药物的生物利用度。在肠道，MRP2位于肠上皮细胞的顶侧膜，MRP2与P-gp一样，限制了药物经肠道的吸收，但其作用有限，如格帕沙星为MRP2和P-gp的底物，在临床前格帕沙星肠分泌研究中发现，与P-gp相比，MRP2作为吸收屏障的作用要小很多。Yamaguchi等[24]报道，丙磺舒（MRP2的抑制剂）不改变Caco-2细胞上格帕沙星的转运，这说明MRP2可能对格帕沙星的肠分泌作用很小。MRP3分布在肠细胞的基底侧膜上，这表明MRP3通过将细胞内的底物外排到血液中，从而降低细胞内底物的浓度进而起到保护细胞的作用。与MRP1、MRP2不同，MRP3能识别各种胆酸盐，包括单价胆酸盐，如胆酸、牛磺胆酸与甘胆酸，以及硫酸化胆酸盐，如牛磺鹅去氧胆酸3-O-硫酸酯与牛磺石胆酸盐3-O-硫酸酯。另外MRP3广泛分布于肠道，尤其在肠道远端，因此认为MRP3介导肠道胆酸盐的重吸收，从而在胆酸盐肝肠循环中起重要作用。

2.3 乳腺癌耐药蛋白（BCRP）

BCRP是ABC超家族转运体的成员之一。在肠道，BCRP表达于肠上皮细胞顶侧膜，BCRP的底物主要包括甲氨蝶呤、柔红霉素、米托蒽酯等抗癌药，其抑制剂主要有环孢素A、新生霉素、甲磺酰伊马替尼等。近几年的研究结果表明，BCRP可以限制抗癌药物阿霉素、米托蒽醌、托泊替康的肠道吸收[25]。

3 肠道药物转运体的研究方法

随着分子生物学技术的提高和发展，许多新的转运体研究方法如基因转染的细胞模型、基因敲除的动物模型、基因缺陷的动物以及计算机模拟模型（In silico）等相继出现。使用这些新技术可以构建出新药开发早期的药动学筛选平台，对新药开发筛选出理想药动学性质的候选化合物具有重要的意义。

将重组转运体基因稳定或瞬时转染于不同细胞系，可用于研究转运体功能及药物的相互作用。构建的MDCK-MDR1细胞模型是研究肠细胞黏膜层P-gp的有效工具，利用该模型可以进行P-gp底物及其抑制剂的高通量筛选，研究由P-gp介导的药物相互作用[26]。双转染细胞（MDCKII或LLC-PK1）是一种鉴别药物转运体底物及其诱导剂的有效模型，用于分析转运体对底物的矢量转运。Cui等[27]构建了 OATP1B1/ BCRP以及OATP1B1/MDR1等双转染细胞模型，用来研究雌二醇-17β-葡萄糖醛酸、雌酮-3-硫酸盐和HMG-CoA还原酶抑制剂的转运特点。

In silico是生物信息学的新名词，指的是在计算机环境下，用In silico方法的目的就是对有活性的化合物分子在其还是虚拟结构时就预测其在人体内的药动学性质。在先导化合物的早期筛选中，应用计算机进行定量构效关系（QSAR）和定量构动关系（QSPR）的研究，可以更加快速地设计和筛选出目标化合物，从而提高新药的研发效率，缩短开发时间。对于转运体的计算机模拟，目前主要集中于口服药物吸收中参与限速过程的转运体，如P-gp、PEPT1、MRP2以及ASBT等的底物及其转运活性的预测[28]。

4 结 语

伴随着对肠道药物转运体研究的不断深入，将有助于对药物的体内过程、药物的效应以及药物的相互作用进行准确的分析，研究成果也将对药物的开发与应用产生重要的影响。例如作用于肠道药物转运体的降胆固醇药物Ezetimibe能较好地抑制胆固醇吸收。另外由诺华公司开发、作用于SGLT1的治疗2型糖尿病新药LIK066正处于临床2阶段。目前的研究热点主要集中在转运体与药物代谢酶的关系、转运体基因多态性与疾病易感性之间的关系、转运体与药物体内过程以及药物效应之间的关系上。可以预见，随着人们对肠道转运体的进一步认识，寻找和研制出安全、有效的转运体调节剂以增强药物的靶向性分布，提高药物疗效，避免药物不良反应和毒副作用的发生，以指导临床更加安全、合理用药。

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Advances in Intestinal Transporters for the Absorption of Drugs*

KUANG Jian1,HUANG Xin1,2,JIANG Zhen-zhou1,3,ZHANG Lu-yong1,2
1Jiangsu Key Laboratory of Drug Screening;2Jiangsu Center for Pharmacodynamics Research and Evaluation;3Key Laboratory of Drug Quality Control and Pharmacovigilance,China Pharmaceutical University,Ministry of Education,Nanjing 210009,China

Membrane transporters can be major determinants of the pharmacokinetics,safety and efficacy profiles of drugs. This paper summarizes the intestinal transporters,introduces their roles in drug absorption,which is aimed to take advantages of intestinal transporters to increase drug distribution to target tissues and organs,to change the pathway of drug elimination thereby reducing its side effects,to design rational new drugs to avoid harmful drug-drug interaction,and finally,by constructing high-throughput screening system model of transporter,to conduct new candidate compounds screening and study pharmacokinetic mechanisms of new drugs,which provides new strategies and ideas for the development of a new drug and the rational use for clinicians.

Intestinal transporter;Drug absorption;Drugdesign

R961

A

1673-7806（2015）03-279-04

国家自然科学基金（81303301）；中国药科大学中央高校基本科研业务费专项资金资助（PY2014YW0016，PT2014YK0076）

匡健，男，硕士生 E-mail:marshallkuang@163.com

2015-04-03

2015-05-11